案例驅(qū)動下環(huán)境化學課程應(yīng)用型教學改革探索

摘 要：為解決傳統(tǒng)環(huán)境化學課程教學中理論與實踐脫節(jié)、學生學習興趣不高等問題，本研究基于典型環(huán)境案例構(gòu)建了一套應(yīng)用導向的“環(huán)境化學”教學體系。該體系以應(yīng)用性強、貼近實際環(huán)境問題、體現(xiàn)環(huán)境化學原理和方法以及典型性和多樣性為案例選取原則，旨在促進學生“知識、能力和素養(yǎng)”三位一體課程目標的達成。課程以典型環(huán)境案例為依托，將理論課程內(nèi)容與思政元素有機融合，構(gòu)建了“理論知識+典型環(huán)境案例+課程思政”的授課模式。通過線上線下相結(jié)合的多樣化教學手段，將典型環(huán)境案例與思政元素貫穿于教學全過程，并優(yōu)化了課程評估體系。實踐表明，該授課模式能有效激發(fā)學生學習興趣，提升學生分析和解決復(fù)雜實際環(huán)境問題的能力，培養(yǎng)學生的社會責任感和生態(tài)文明意識，助力全面育人目標的實現(xiàn)。

關(guān)鍵詞：環(huán)境化學；環(huán)境案例；應(yīng)用；課程思政；線下線上混合式教學

中圖分類號：G642.0" 文獻標識碼：A" 文章編號：1673-260X（2025）04-0082-05

近年來，我國高等教育領(lǐng)域積極響應(yīng)“新工科”建設(shè)號召，推動工科教育改革。面對新科技革命和產(chǎn)業(yè)變革帶來的挑戰(zhàn)，工科人才培養(yǎng)模式亟需調(diào)整，以適應(yīng)時代發(fā)展需求。中國工程教育專業(yè)認證協(xié)會發(fā)布的指南明確指出，新工科建設(shè)應(yīng)著力推動學科交叉融合，構(gòu)建面向未來發(fā)展需求的人才培養(yǎng)體系。同時，隨著社會對環(huán)境保護和可持續(xù)發(fā)展問題的日益關(guān)注，環(huán)境化學也逐漸成為高校本科環(huán)境工程教育的重要組成部分[1]。在這一背景下，環(huán)境化學作為環(huán)境工程專業(yè)的核心課程，需要與時俱進，進行教學改革以適應(yīng)新時代的需求。環(huán)境化學研究環(huán)境介質(zhì)的組成與性質(zhì)、污染物的遷移與轉(zhuǎn)化行為，以及污染控制的原理和方法。這是一門關(guān)注生態(tài)毒理、污染控制與修復(fù)的交叉學科，既是化學的重要分支，也是環(huán)境科學的核心[2，3]。在環(huán)境化學的理論教學中，由于其與有機化學和無機化學有著密切關(guān)聯(lián)，而學生往往在這些基礎(chǔ)學科上較為薄弱，這導致在深入講解化學機制及原理時，面臨課時不足的挑戰(zhàn)。此外，學生對枯燥的理論內(nèi)容興趣不高，單純的環(huán)境理論講解使得學生難以清晰理解基本原理，進而影響知識的有效遷移。教學過程中還存在缺乏直觀性以及理論與實際應(yīng)用聯(lián)系不足的問題，這些因素共同制約了教學效果的提升。因此，如何在有限的課時內(nèi)提高學生的興趣和理解能力，增強教學的直觀性和實用性，是當前環(huán)境化學教學亟需解決的問題。近年來，隨著新的環(huán)境污染問題及治理技術(shù)的不斷涌現(xiàn)，教師在講解固定教材理論知識時與學生對現(xiàn)實環(huán)境問題深入了解的需求之間的矛盾日益突出[4，5]。因此，如何將環(huán)境化學課程融入環(huán)境科學的培養(yǎng)體系，通過優(yōu)化教學內(nèi)容和改革教學形式，提升“環(huán)境化學”課程的內(nèi)涵建設(shè)，以提高人才培養(yǎng)水平，成為一個重要的研究課題。

基于此，我們構(gòu)建了一套應(yīng)用導向的環(huán)境化學課程案例體系，通過引入生動有趣的真實案例，將學生代入具體化的理論學習環(huán)境，將所學理論知識應(yīng)用于實際案例的深入分析與討論，二者交互，以激發(fā)其學習興趣與參與熱情，幫助學生更直觀地理解環(huán)境化學研究的核心內(nèi)容與現(xiàn)實意義，提升了其理論掌握的深度與知識應(yīng)用的能力。同時，環(huán)境案例往往蘊含豐富的思政教育元素，依托環(huán)境化學課程案例體系，深入挖掘案例中蘊含的科學素養(yǎng)和家國情懷等思政元素，將科學知識學習與價值觀塑造有機融合，引導學生在分析和討論環(huán)境問題的過程中，樹立正確的生態(tài)文明理念和價值觀，為其職業(yè)發(fā)展和全面成長奠定堅實基礎(chǔ)。

1 環(huán)境化學典型環(huán)境案例選擇要點

針對環(huán)境化學課程的特點，結(jié)合學生的實際需求，確立課程環(huán)境案例設(shè)計應(yīng)遵循以下幾個方面。

1.1 強調(diào)應(yīng)用性導向

在“工業(yè)4.0”和“中國制造2025”的時代背景下，我國高等教育面臨著培養(yǎng)具備高水平專業(yè)技能和強烈社會責任感的應(yīng)用型人才的雙重挑戰(zhàn)。應(yīng)用型本科院校作為培養(yǎng)高素質(zhì)應(yīng)用型人才的主力軍，肩負著為國家戰(zhàn)略需求輸送人才的重要使命。應(yīng)用導向下本科“環(huán)境化學”課程案例體系構(gòu)建應(yīng)緊密結(jié)合當前中國面臨的重大環(huán)境挑戰(zhàn)和國家戰(zhàn)略需求，分析企業(yè)的環(huán)境行為、技術(shù)創(chuàng)新、政策法規(guī)等，引導學生將環(huán)境化學理論知識應(yīng)用于解決實際環(huán)境問題。例如在講解溫室效應(yīng)這一大氣環(huán)境現(xiàn)象時，可以結(jié)合“雙碳目標”的建設(shè)，介紹溫室效應(yīng)導致的危害，為了達成雙碳目標開發(fā)的各種碳減排和碳負排等綠色技術(shù)的概念和發(fā)展，引導學生從專業(yè)角度分析環(huán)境化學發(fā)展方向及現(xiàn)實需求，理解科技創(chuàng)新在“雙碳目標”達成中的重要作用。通過這種結(jié)合理論知識與實際問題的方法，幫助學生更好地理解環(huán)境化學的應(yīng)用價值，同時培養(yǎng)創(chuàng)新意識和實踐能力。

1.2 貼近實際環(huán)境問題

為提高學生的學習興趣，需要將抽象的理論知識與實際環(huán)境問題緊密結(jié)合，讓學生真切感受到環(huán)境化學與自身生活的聯(lián)系。為此，選擇的典型案例需與學生日常生活息息相關(guān)并對環(huán)境產(chǎn)生顯著影響，以此激發(fā)學生的學習興趣，幫助他們更好地理解和運用環(huán)境化學知識。例如，針對當前社會廣泛關(guān)注的農(nóng)藥殘留問題，我們選取“農(nóng)藥在環(huán)境中的行為特征及其生態(tài)效應(yīng)”作為案例進行深入探討。與同學們一起分析農(nóng)藥殘留對土壤、水體和生物的危害，并探討如何減少農(nóng)藥的使用以及如何選擇更加環(huán)保的農(nóng)藥產(chǎn)品[6]。此外，五花八門的電子產(chǎn)品，其生產(chǎn)過程中往往伴隨含氟廢水的治理問題，在講授水環(huán)境化學中無機污染物的遷移和轉(zhuǎn)化的理論內(nèi)容時，通過“某企業(yè)半導體廢水的處理工藝案例”這一案例，引導學生了解氟化物污染的來源、遷移途徑及對生態(tài)環(huán)境的危害，進而引導學生思考沉淀溶解平衡原理在半導體廢水中的應(yīng)用[7]。通過這些貼近生活的實例，不僅能夠提高學生對環(huán)境化學知識的理解和掌握，還能增強他們的環(huán)保意識，培養(yǎng)分析和解決實際環(huán)境污染問題的能力。

1.3 體現(xiàn)環(huán)境化學的基本原理

在進行案例分析時，環(huán)境化學基本原理的闡釋和應(yīng)用需貫穿于整個環(huán)境案例分析過程。例如，在分析水體富營養(yǎng)化案例時，引導學生運用化學平衡原理理解氮、磷等營養(yǎng)元素在水體中的遷移轉(zhuǎn)化過程，并解釋溫度、pH值等環(huán)境因素如何影響化學平衡，進而闡釋水體富營養(yǎng)化的發(fā)生機制。在此基礎(chǔ)上，進一步引導學生探究污水處理過程中如何控制氮磷等營養(yǎng)素的含量，例如，可以通過添加化學沉淀劑的方法去除磷酸鹽[8]，或者利用人工濕地的構(gòu)建，通過生物脫氮技術(shù)完成脫氮除磷[9，10]，從而達到改善水質(zhì)的目的。通過將化學平衡原理應(yīng)用于水體富營養(yǎng)化案例分析，學生能夠更加深刻地理解污染物的環(huán)境行為和生態(tài)效應(yīng)，并在此基礎(chǔ)上探索有效的污染控制和修復(fù)方案。

1.4 注重案例的典型性和多樣性

環(huán)境案例的典型性和多樣性是保證案例教學效果的關(guān)鍵[11]。為此，我從環(huán)境污染類型、空間分布和污染物種類三個維度出發(fā)，構(gòu)建多樣化的環(huán)境案例庫。案例涵蓋了大氣污染、水體污染、土壤污染等介質(zhì)類型，涉及城市、農(nóng)村、工業(yè)區(qū)等不同區(qū)域，并包含了重金屬、農(nóng)藥、持久性有機污染物等多種污染物。此外，案例的選擇還密切關(guān)注最新的科研成果和環(huán)境治理技術(shù)，例如，結(jié)合最新的水體修復(fù)技術(shù)案例，講解新型污染物微塑料的遷移轉(zhuǎn)化規(guī)律和生態(tài)風險，探討其吸附和降解機制，并向?qū)W生介紹微塑料污染的最新研究進展，以及相關(guān)的環(huán)境政策和法規(guī)。通過這種多維度、與時俱進的案例選擇策略，能夠有效體現(xiàn)環(huán)境化學學科的廣度和深度，拓寬學生的視野，幫助他們更好地應(yīng)對未來環(huán)境領(lǐng)域的挑戰(zhàn)。

2 實踐探索-案例驅(qū)動的環(huán)境化學課程實施

2.1 確立“知識、能力和素養(yǎng)”為核心的三位一體課程目標

“環(huán)境化學”是環(huán)境工程專業(yè)本科的核心課程，旨在幫助學生從微觀角度理解環(huán)境污染的分子機制及其遷移轉(zhuǎn)化規(guī)律，從而明確環(huán)境問題的本質(zhì)，并應(yīng)用化學知識提出可行的解決方案，提高其實際環(huán)境問題處理能力。為此，我們重構(gòu)了“知識、能力和素養(yǎng)”三位一體，并融入課程思政的課程目標。知識層面要求學生基于環(huán)境化學基本原理，掌握污染物在環(huán)境介質(zhì)中的形態(tài)、遷移和轉(zhuǎn)化規(guī)律；能力層面要求學生能夠運用環(huán)境污染化學問題的研究方法，分析污染物處理過程中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，了解污染物的控制手段；素養(yǎng)方面，培養(yǎng)學生的環(huán)境生態(tài)文明意識，辯證分析環(huán)境問題，提高職業(yè)素養(yǎng)，最終實現(xiàn)全面育人。

2.2 以環(huán)境實際問題為牽引，設(shè)計案例教學內(nèi)容

基于以上的課程目標，為更好幫助學生理解專業(yè)知識的應(yīng)用價值，并有效建立化學知識與環(huán)境問題之間的緊密關(guān)系，我們設(shè)計了一種以“典型環(huán)境問題案例驅(qū)動”為主線的課程教學內(nèi)容體系，并建立了課程內(nèi)容與環(huán)境案例深度融合的課程圖譜，如圖1所示。這一體系將理論知識點與具體案例交替進行，旨在使學生在學習過程中能夠感受到知識的實際意義和應(yīng)用場景。對某一章節(jié)的內(nèi)容教學，在側(cè)重教授關(guān)鍵理論知識的過程中，選取相關(guān)實際案例進行分析討論，幫助學生更好地理解相關(guān)概念及其應(yīng)用，深入探討案例的背景原因，進而完成與相關(guān)的理論化學機理和環(huán)境修復(fù)技術(shù)的鏈接。通過這種分析，學生不僅能夠延伸和拓寬自己的知識面，還能在此基礎(chǔ)上使環(huán)境化學基礎(chǔ)理論具象化。這種應(yīng)用導向的教學模式有效結(jié)合了理論與現(xiàn)實，增強了學生對專業(yè)知識的理解與學習興趣，讓他們意識到化學在環(huán)境保護和可持續(xù)發(fā)展中的重要性，也實現(xiàn)了課程的專業(yè)目標。

2.3 構(gòu)建線上線下融合的多樣化立體教學模式

環(huán)境化學的理論知識點較多，涵蓋的內(nèi)容相對復(fù)雜，其線上精品課程資源也較為豐富[12]，利用課程內(nèi)容和資源的這一特點，我充分利用“學習通”和“雨課堂”線上教學平臺，將傳統(tǒng)課堂的教學內(nèi)容有效地轉(zhuǎn)移到線上進行。在平臺上發(fā)布課程資料、組織線上測試和話題討論等活動，極大地方便了學生的學習。通過這樣的線上資源建設(shè)，我們不僅提高了學生的學習體驗，還有效緩解了線下教學時間不足的問題。定期發(fā)布與課程進度相匹配的測試題目，以鞏固學生對理論知識的熟練度，并評估他們對知識的掌握情況。通過及時的反饋機制使得我們能夠根據(jù)學生的學習情況，靈活調(diào)整教學計劃和內(nèi)容，從而更有效地滿足學生的學習需求。發(fā)布相關(guān)污染問題的話題討論，鼓勵學生在其中分享自己的見解和研究成果，形成良好的學習氛圍與知識共享機制。而在面對面授課中，我們引入具有趣味性和參與感的典型環(huán)境案例，進行深入的討論。同時，組織學生進行小組合作，圍繞案例提出解決方案，培養(yǎng)他們的團隊協(xié)作能力和創(chuàng)新思維。

在本次課程建設(shè)中，我致力于從傳統(tǒng)的知識傳授者轉(zhuǎn)向?qū)W生學習的引導者與參與者，著力構(gòu)建以學生為中心的教學模式，培養(yǎng)學生主動探索環(huán)境化學知識、自主學習和解決實際環(huán)境問題的能力。所構(gòu)建的線上線下結(jié)合的多元教學模式，通過案例分析、小組討論、實驗操作等教學手段，引導學生從多元的角度，在掌握環(huán)境化學基礎(chǔ)理論、達成知識目標的同時，深入了解環(huán)境化學在解決實際環(huán)境問題中的應(yīng)用價值，提升其分析問題、解決問題以及綜合應(yīng)用的能力。

2.4 創(chuàng)新課程評估體系，采用多樣化考核方式

本課程除了傳統(tǒng)考試形式外，還利用線上教學平臺的統(tǒng)計功能，引入過程性評價，考核內(nèi)容包括學生的線上參與度、測試完成情況和案例分析報告質(zhì)量，并通過平臺提供實時反饋和互動。為了全面評估應(yīng)用導向型案例教學的效果，我從知識、能力和素養(yǎng)三個維度構(gòu)建了評估方案。知識層面通過小測驗和期末考試評估學生對環(huán)境化學基礎(chǔ)理論的掌握和應(yīng)用能力；能力層面則主要通過案例分析報告和綜合實踐項目評估學生分析和解決實際問題的能力；素養(yǎng)層面則通過問卷調(diào)查評估學生在環(huán)境保護和生態(tài)文明建設(shè)方面的思想和價值觀。

2.5 環(huán)境案例中的思政元素結(jié)合

環(huán)境化學的教學內(nèi)容包括有害物質(zhì)在環(huán)境介質(zhì)中的轉(zhuǎn)化過程以及相關(guān)的污染化學問題，全面討論我國乃至全球關(guān)注的環(huán)境問題[13，14]，這些問題往往具有較強的思政教育意義。我們根據(jù)課程學習邏輯，依托理論課知識點鏈接的環(huán)境案例，深入挖掘案例中的課程思政內(nèi)涵，豐富教學內(nèi)容，貼合教學內(nèi)容滲透生態(tài)文明思想、綠色發(fā)展理念等思政元素，增強學生的專業(yè)使命感和社會責任感，構(gòu)建了課程思政教學內(nèi)容的設(shè)計圖譜，如圖1所示。以案例為依托的課程思政建設(shè)，不僅利于提升教學質(zhì)量，更利于培養(yǎng)學生創(chuàng)新思考的學習模式，引導學生樹立遠大理想，發(fā)展學生的綜合素養(yǎng)，也有助于實現(xiàn)專業(yè)教育和思政教育協(xié)同育人的素養(yǎng)目標。

3 教學效果評估及持續(xù)改進

在沒有進行變革之前，環(huán)境化學教學模式更多的是一種單向的教師輸出模式，使學生完全處于一種被動的狀態(tài)[15]。課程理論內(nèi)容較多，與實際情況相脫離，授課和評估手段傳統(tǒng)而單一。因此，學生對課程的熱情很低，缺乏對學生全面發(fā)展的訓練，導致整體的教育結(jié)果出現(xiàn)了偏差。通過引入應(yīng)用導向的案例教學法，學生在參與實際案例分析和討論過程中，能更好地將所學理論知識應(yīng)用到案例中。學生主動學習觀察、分析和解決問題的意識得到了顯著的提高。

為評估改革效果，我們對環(huán)境工程專業(yè)的31名學生進行了問卷調(diào)查，結(jié)果如表1所示。學生對案例教學給予了積極的評價，他們認為案例與實際環(huán)境問題相關(guān)性較高，難度適宜，有助于理解環(huán)境化學基本原理，并希望融入更多思政元素。案例教學激發(fā)了學生的學習興趣，提高了他們分析和解決實際環(huán)境問題的能力，促進了理論知識的實踐應(yīng)用。學生積極參與課堂討論和互動，對案例教學的整體滿意度較高。因而，總體而言，本課程案例教學模式的應(yīng)用基本達成了最初的設(shè)計目標，有效地將理論知識與實際問題相結(jié)合，促進了學生對知識的理解和掌握，激發(fā)了學生的學習興趣和參與熱情。為了進一步提高教學質(zhì)量，我們也將繼續(xù)豐富和完善案例庫，加強案例分析的深度和廣度，進一步融入思政元素，加強課堂互動和學生參與，努力將案例教學的優(yōu)勢發(fā)揮到最大。

4 結(jié)論

為提升環(huán)境科學與工程專業(yè)學生的專業(yè)能力，本研究對環(huán)境化學課程進行了持續(xù)探索和改革，并構(gòu)建了以案例驅(qū)動的應(yīng)用型教學體系。該體系以“知識、能力和素養(yǎng)”三位一體為培養(yǎng)目標，采用“理論知識+典型案例+課程思政”的授課模式，將理論教學與實踐應(yīng)用緊密結(jié)合。我們通過建設(shè)和優(yōu)化課程案例庫，將實際環(huán)境問題轉(zhuǎn)化為真實的教學案例，并結(jié)合課程思政建設(shè)，實現(xiàn)了知識、能力與素養(yǎng)目標的有機融合，有效提升了學生對環(huán)境化學理論知識的理解和解決復(fù)雜環(huán)境問題的能力。未來，我們將繼續(xù)完善課程案例體系，積極探索并引入新的案例和教學方法，以應(yīng)對日益復(fù)雜的環(huán)境挑戰(zhàn)，為培養(yǎng)高素質(zhì)的環(huán)境科學與工程專業(yè)人才做出貢獻。

參考文獻：

〔1〕吳伊波，姚敏，程軍蕊.工程教育專業(yè)認證驅(qū)動下“環(huán)境化學”課程改革探索[J].教育教學論壇，2021，45（01）：79-82.

〔2〕朱藝，張麗梅.基于案例教學法模式下的“環(huán)境化學”課程思政教學實踐探索[J].現(xiàn)代鹽化工，2023， 23（06）：133-135.

〔3〕李敏.新形勢下“環(huán)境化學”課程教學改革設(shè)想[J].教育教學論壇，2021，9（41）：97-100.

〔4〕丁鳳，吳騰宴.應(yīng)用型本科院校人才培養(yǎng)模式下《環(huán)境化學》課程教學改革初探[J].廣東化工，2018，45（20）：169-170.

〔5〕石宗林，牛玉璐，林紅軍，等.“大思政”格局下環(huán)境化學課程教學改革與實踐[J].現(xiàn)代農(nóng)村科技，2024，34（04）：134-136.

〔6〕J. Chang， W. Fang， L. Chen， P. Zhang， G. Zhang， H. Zhang， J. Liang， Q. Wang， W. Ma. Toxicological effects， environmental behaviors and remediation technologies of herbicide atrazine in soil and sediment： A comprehensive review[J]. Chemosphere，2022，307， 136006.

〔7〕王禮春，徐文祥，張雨萌，等.新型工藝處理半導體行業(yè)廢水工程實例[J].山西化工，2023，42（09）：234-236.

〔8〕楊勇，趙婧男.高效化學沉淀法處理磷石膏堆場滲濾液工程實例[J].工業(yè)安全與環(huán)保，2023，49（01）：93-96.

〔9〕楊雅崢，孫皓珺，孫鐿銘，等.潮汐流-垂直潛流人工濕地對城市徑流污染物凈化效果[J].環(huán)境工程學報，2023，9（17）：471-484.

〔10〕黃祥威，種云霄，李鑫靜，等.6種常見濕地植物生物質(zhì)用作污水反硝化碳源的脫氮效果及出水殘留有機組分[J].環(huán)境工程學報，2024，9（18）：2109-2120.

〔11〕秦雪峰，王穎，曹進軍，等.資源利用與植物保護專業(yè)碩士案例式教學的探索研究[J].中國現(xiàn)代教育裝備，2024，4（31）：147-149.

〔12〕蔣成愛，朱夕珍，余光偉.環(huán)境化學教學內(nèi)容的優(yōu)化整合與教學方法多樣化[J].大學化學，2016， 7（31）：31-35.

〔13〕程俊偉，顏雄，黃明琴.環(huán)境類專業(yè)課程融入習近平生態(tài)文明思想的思政教學探究[J].大學教育，2024，26（03）：102-104.

〔14〕劉廣龍，喬欣，蔡建波.研究生“現(xiàn)代環(huán)境化學”課程思政的體系構(gòu)建與實踐[J].化工時刊，2024， 9（38）：88-91.

〔15〕徐婉珍.《環(huán)境化學》基于“PBL”的多種教學模式初探[J].科技視界，2016，9（38）：48-49.

收稿日期：2025-01-22

基金項目：安徽省新時代育人質(zhì)量工程項目；合肥學院本科質(zhì)量工程項目（2023hfuxsxx03）